類胡蘿卜素是一大類自然界天然存在的有色物質(zhì)，廣泛分布于植物、藻類、真菌和細(xì)菌中。其作為一種強(qiáng)效的抗氧化劑，廣泛應(yīng)用于營養(yǎng)品、食品和化妝品等行業(yè)。當(dāng)前，工業(yè)生產(chǎn)類胡蘿卜素主要是通過化學(xué)合成或者天然提取，但由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其化學(xué)合成困難；原料供應(yīng)不穩(wěn)定、得率低等導(dǎo)致天然提取成本較高。釀酒酵母本身并不能合成類胡蘿卜素，但利用重組釀酒酵母進(jìn)行類胡蘿卜素合成已有大量研究。在已有研究中，大部分集中在基于已有文獻(xiàn)報道進(jìn)行不斷優(yōu)化，報道新改造靶點(diǎn)并不多見。受限于我們對微生物細(xì)胞系統(tǒng)復(fù)雜性的了解，新靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)還是相當(dāng)困難。而適應(yīng)性進(jìn)化為新靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)提供了一個有效手段，但適應(yīng)性進(jìn)化的成敗關(guān)鍵在于定向選擇和高通量篩選。

 

　　近日，廣東省科學(xué)院微生物研究所朱紅惠研究員團(tuán)隊(duì)在《生物資源與生物加工》（Bioresources and Bioprocessing）上發(fā)表了題為《乙醇脅迫介導(dǎo)適應(yīng)性進(jìn)化提高釀酒酵母類胡蘿卜素合成能力》（Identification of a novel metabolic engineering target for carotenoid production in Saccharomyces cerevisiae via ethanol-induced adaptive laboratory evolution）的研究性論文。該研究基于已知釀酒酵母乙醇耐受性機(jī)理（與細(xì)胞膜有關(guān)）及類胡蘿卜素儲存于細(xì)胞膜的特性，推測在提高釀酒酵母乙醇耐受性過程中，細(xì)胞膜可能會產(chǎn)生變化，當(dāng)細(xì)胞膜的改變與類胡蘿卜素儲存達(dá)到一個契合點(diǎn)時，就會促進(jìn)類胡蘿卜素的合成。因此，在釀酒酵母細(xì)胞內(nèi)構(gòu)建了一套乙醇脅迫介導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)性進(jìn)化，并成功應(yīng)用于類胡蘿卜素的生物合成，獲得了一株含量提高5.1倍的突變株M3。借助基因組和轉(zhuǎn)錄組學(xué)，成功鑒定出PFK1失活突變是變異菌株類胡蘿卜素合成能力提高的主要原因。此研究成果為利用合適的脅迫壓力進(jìn)行適應(yīng)性進(jìn)化，篩選獲得有益突變并揭示變異的分子機(jī)制提供了一個典型案例。

 

　　廣東省科學(xué)院微生物研究所的蘇卜利博士為本研究的第一作者，朱紅惠研究員和鄧名榮副研究員為共同通訊作者。本研究得到廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://bioresourcesbioprocessing.springeropen.com/articles/10.1186/s40643-021-00402-5